KR20190136209A - 과실 수확 로봇 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 과실 수확 로봇 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 과실의 인식과 위치 산출이 미리 수행되고, 아울러 과실의 채취와 이미 채취된 과실의 적재가 동시에 수행되도록 구성되어 수확에 소용되는 시간을 단축할 수 있을 뿐만 아니라 과실을 채취하는 작동기의 자유도를 최소화함으로써 구조 및 작동이 간단한 과실 수확 로봇 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 과실 수확 로봇 장치는, 통로의 양측에 매달린 과실을 채취하여 수확하기 위한 과실 수확 로봇 장치에 있어서, 통로를 따라 주행하는 대차와, 상기 대차의 상부에 놓여 상하로 승강되는 승강대와, 통로의 양측에 매달린 과실을 인식하고 인식된 과실의 위치를 산출하도록 구비된 과실 인식 수단과, 상기 과실 인식 수단에 의해 인식된 과실을 채취하도록 상기 승강대의 상부에 구비된 채취기와, 상기 채취기에 의해 채취된 과실이 투입되어 적재되도록 상기 승강대의 상부에 구비된 적재부와, 상기 대차의 주행을 제어하고, 상기 승강대의 승강을 제어하며, 상기 과실 인식 수단의 작동을 제어하고, 상기 과실 인식 수단에 의해 인식된 과실의 위치에 따라 인식된 과실을 채취하도록 상기 채취기의 작동을 제어하며, 상기 채취기에 의해 채취된 과실을 상기 적재부로 투입하도록 상기 채취기를 제어하는 제어 수단이 구비된 것을 특징으로 한다.

Description

과실 수확 로봇 장치{ROBOT APPARATUS FOR HARVESTING FRUIT}

본 발명은 과실 수확 로봇 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 과실의 인식과 위치 산출이 미리 수행되고, 아울러 과실의 채취와 이미 채취된 과실의 적재가 동시에 수행되도록 구성되어 수확에 소용되는 시간을 단축할 수 있을 뿐만 아니라 과실을 채취하는 작동기의 자유도를 최소화함으로써 구조 및 작동이 간단한 과실 수확 로봇 장치에 관한 것이다.

일반적으로 과채류의 과실은 수확하는 과정에서 외부의 충격에 쉽게 손상되고, 이러한 손상은 과실의 상품성을 저하시키므로, 통상 과채류 농장에서는 과실을 인력에 의지하여 조심스럽게 수확하는데, 대단지 과일 농장에서는 과일을 수확하는데 많은 인력이 요구될 수밖에 없다.

이에 따라 최근에는 로봇 장치를 이용하여, 과채류 및 과실을 수확하거나, 이식작업 등을 용이하게 하려는 연구가 계속적으로 진행되고 있다.

로봇을 이용하여 과실을 자동으로 수확하기 위해서는 과실이 수확 가능한 상태인지의 여부를 판단하고, 과실의 위치를 정확하게 산출하는 것이 반드시 요구되는데, 상기와 같은 과실의 검출과 위치 산출에 영상을 이용하는 기술이 많이 이용되고 있다. 카메라를 이용하여 과일의 위치를 산출하고 과실을 채취하는 로봇 장치에 대한 기술로는 대한민국 등록특허 제10-0433272호(과채류와 과실의 3차원 위치 검출 장치 및 그의 방법, 2004.05.18), 일본 공개특허 특개2008-22737호(수확 로봇, 2008.02.07) 및 대한민국 등록특허 제10-1405858호(영상인식 과일 수확용 로봇 장치, 2014.06.03)에 개시되어 있다.

그러나 상기와 같이 개시된 과실 수확 로봇 장치는 과실 채취를 위한 작동기(매니퓰레이터)가 6축 등의 자유도를 갖도록 구성된 과(過)자유도 시스템으로서 자유도가 낭비될 뿐만 아니라, 아울러 영상으로 과실을 인식하고 위치를 산출하는 과정, 인식된 과실의 위치에 따라 작동기를 작동시켜 과실을 분리하여 채취하는 과정 및 채취된 과일을 적재하는 과정이 순차적으로 반복되면서 과실을 수확하도록 구성되어 과실의 수확에 많은 시간이 소비되는 단점을 갖는다.

대한민국 등록특허 제10-0433272호(2004.05.18) : 과채류와 과실의 3차원 위치 검출 장치 및 그의 방법 일본 공개특허 특개2008-22737호(2008.02.07) : 수확 로봇 대한민국 등록특허 제10-1405858호(2014.06.03) : 영상인식 과일 수확용 로봇 장치

본 발명은 상기와 같은 점을 인식하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 과실의 인식과 위치 산출이 미리 수행되고, 아울러 과실의 채취와 이미 채취된 과실의 적재가 동시에 수행되도록 구성되어 수확에 소용되는 시간을 단축할 수 있을 뿐만 아니라 과실을 채취하는 작동기의 자유도를 최소화함으로써 구조 및 작동이 간단한 과실 수확 로봇 장치를 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 과실 수확 로봇 장치는, 통로의 양측에 매달린 과실을 채취하여 수확하기 위한 과실 수확 로봇 장치에 있어서, 통로를 따라 주행하는 대차와, 상기 대차의 상부에 놓여 상하로 승강되는 승강대와, 통로의 양측에 매달린 과실을 인식하고 인식된 과실의 위치를 산출하도록 구비된 과실 인식 수단과, 상기 과실 인식 수단에 의해 인식된 과실을 채취하도록 상기 승강대의 상부에 구비된 채취기와, 상기 채취기에 의해 채취된 과실이 투입되어 적재되도록 상기 승강대의 상부에 구비된 적재부와, 상기 대차의 주행을 제어하고, 상기 승강대의 승강을 제어하며, 상기 과실 인식 수단의 작동을 제어하고, 상기 과실 인식 수단에 의해 인식된 과실의 위치에 따라 인식된 과실을 채취하도록 상기 채취기의 작동을 제어하며, 상기 채취기에 의해 채취된 과실을 상기 적재부로 투입하도록 상기 채취기를 제어하는 제어 수단이 구비된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 과실 수확 로봇 장치는, 상기 채취기는, 상기 승강대의 상부에 결합된 지지부와, 상기 지지부에 지지되어 상기 승강대의 양측 방향으로 신축되는 아암과, 상기 아암을 신축 구동하기 위한 신축 구동 수단와, 과실을 파지하고 파지한 과실을 놓도록 상기 아암의 양측 선단 각각에 구비된 그리퍼가 구비되어 구성되고, 상기 제어 수단은, 일측 그리퍼가 과실을 파지하여 채취하는 동안 타측 그리퍼는 채취된 과실을 상기 적재부로 투입하도록 상기 채취기의 작동을 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 과실 수확 로봇 장치는, 상기 제어 수단은, 일측 그리퍼가 과실을 파지하여 채취하는 동안 상기 과실 인식 수단이 타측 그리퍼가 채취할 과실을 인식하고 위치를 산출하도록 상기 과실 인식 수단을 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 과실 수확 로봇 장치는, 상기 채취기의 아암은, 양측 단부 각각이 상기 승강대의 양측 방향으로 연장된 상태에서 폭방향으로 왕복이동이 가능하게 상기 지지부에 지지되고, 상기 신축 구동 수단는 상기 아암의 일측 단부가 일측 방향으로 신장되면서 타측 단부의 길이는 타측 방향에서 축소되게 상기 아암을 왕복 이동시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 과실 수확 로복 장치는, 상기 적재부는, 상기 승강대의 폭방향의 중앙의 위치에서 상기 승강대의 상부에 놓인 적재 박스와, 상기 적재 박스의 양측 각각에 위치되어 상기 적재 박스의 내부 방향으로 경사지게 상기 승강대의 상부에 구비된 슈트가 구비되어 구성되고, 상기 채취기에 의해 채취된 과실은 상기 슈트의 상부로 투척되어 슬라이딩되어 상기 적재 박스 내부로 투입되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성에 의하여 본 발명에 따른 과실 수확 로봇 장치는, 과실의 인식과 위치 산출이 미리 수행되고, 아울러 과실의 채취와 이미 채취된 과실의 적재가 동시에 수행되도록 구성되어 수확에 소용되는 시간을 단축할 수 있을 뿐만 아니라 과실을 채취하는 작동기의 자유도를 최소화함으로써 구조 및 작동이 간단한 장점을 갖는다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 과실 수확 로봇 장치를 도시한 사시도
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 과실 수확 로봇 장치가 통로의 레일을 따라 이동하는 상태를 도시한 사시도
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 과실 수확 로봇 장치를 도시한 정면도
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 과실 수확 로봇 장치의 구성을 도시한 블럭도
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 과실 수확 로봇 장치의 과일 인식 수단에 의해 촬영된 이미지와 측정된 거리로부터 과일의 위치 좌표를 산출하는 과정을 개념적으로 도시한 사시도
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일실시예에 따른 과실 수확 로봇 장치의 작동 과정을 도시한 도면

이하에서는 도면에 도시된 실시예를 참조하여 본 발명에 따른 과실 수확 로봇 장치를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 과실 수확 로봇 장치를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 과실 수확 로봇 장치가 통로의 레일을 따라 이동하는 상태를 도시한 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 과실 수확 로봇 장치를 도시한 정면도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 과실 수확 로봇 장치의 구성을 도시한 블럭도이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 과실 수확 로봇 장치의 과일 인식 수단에 의해 촬영된 이미지와 측정된 거리로부터 과일의 위치 좌표를 산출하는 과정을 개념적으로 도시한 사시도이고, 도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일실시예에 따른 과실 수확 로봇 장치의 작동 과정을 도시한 도면이다.

본 발명의 일실시예에 따른 과실 수확 로봇 장치(1)는 통로(A)의 양측에 배치된 재배지에서 재배되어 매달린 과실(F,F')을 채취하여 수확하기 위한 장치이다.

특히, 본 발명의 일실시예에 따른 과실 수확 로봇 장치(1)는 재배된 과실(F,F')로부터 충분히 성숙하거나 익어 수확이 가능한 과실(F')을 미성숙한 과실(F)과 구분하여 인식하고 수확이 가능한 과실(F')을 자동으로 채취하여 수확할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.

도면을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 과실 수확 로봇 장치(1)는 대차(10), 승강대(20), 과실 인식 수단(30), 채취기(40), 적재부(50) 및 제어 수단(60)이 구비되어 구성된다.

상기 대차(10)는 본 발명의 일실시예에 따른 과실 수확 로봇 장치(1)를 통로(A)를 따라 주행 이동시키기 위한 구성이다. 도면을 참조하면, 상기 대차(10)는 상기 통로(A)를 따라 부설된 레일(R)을 타고 구르는 바퀴(12)가 차체부(11)에 장착된 구조를 갖는다. 상기 대차(10)에는 주행을 위해 상기 바퀴(12)를 구동시키기 위한 모터 및 동력 전달 기구로 구성된 주행 구동 수단(13)가 장착된다. 상기 주행 구동 수단(13)의 작동에 의해 상기 레일(R)을 따라 주행함으로써 본 발명에 따른 과실 수확 로봇 장치(1)는 상기 과실 인식 수단(30)에 의해 인식된 수확이 가능한 과실(F')을 채취하기 위한 위치로 이동할 수 있게 된다.

상기 승강대(20)는 그 상부에 장착된 채취기(40)의 상하 위치(높이)를 조절하기 위하여 상기 대차(10)의 상부에 놓여 상하로 승강되도록 상기 대차(10)의 상부에 장착된 구성이다. 상기 승강대(20)는 상기 대차(10)의 상부에서 상하로 승강 이동되는 승강부(21)와, 상기 승강부(21)를 상하로 이동시키기 위하여 실린더나 모터와 같은 액츄에이터와 이들 구동력을 상하 운동으로 전환하여 전달하는 기어나 링크 기구 등으로 구성되는 승강 구동 수단(22)이 구비되어 구성된다. 도면에는 상기 승강 구동 수단(22)가 외부로 노출되지 않게 주름막(벨로우즈, bellows) 형태로 된 커버(23)로 둘러싸인 실시예가 도시되어 있다.

상기 승강대(20)의 상부에는 수확이 가능한 과실(F')을 인식하고 그 위치를 산출하기 위한 과실 인식 수단(30)의 카메라(31a,31b) 및 거리 측정 센서(32a,32b)와 함께 상기 과실 인식 수단(30)에 의해 인식된 과실(F')을 채취하고 적재하기 위한 채취기(40)가 장착된다.

상기 승강 구동 수단(22)의 작동에 의해 상기 승강부(21)가 상하로 이동됨으로써 본 발명에 따른 과실 수확 로봇 장치(1)의 채취기(40)는 상기 과실 인식 수단(30)에 의해 인식된 수확이 가능한 과실(F')을 채취할 수 있도록 접근이 가능한 높이의 위치로 이동할 수 있게 된다.

상기 과실 인식 수단(30)은 통로(A)의 양측에 매달린 과실(F,F')에서 수확이 가능하거나 수확이 필요한 과실(F')을 인식하고 그 인식된 과실(F')의 위치를 산출하기 위한 구성이다. 도면을 참조하면, 상기 과실 인식 수단(30)은 통로(A)의 양측을 촬영하여 과실(F,F')이 포함된 영상 이미지를 획득하는 카메라(31a,31b)와, 과실 수확 로봇 장치(1)로부터 양측 폭 방향으로의 거리를 측정하는 거리 측정 센서(32a,32b)와, 상기 카메라(31a,31b)와 상기 거리 측정 센서(32a,32b)로부터 얻은 영상과 측정된 거리로부터 수확이 가능한 과실(F')을 인식하고 그 위치를 산출하는 연산 수단(33)을 포함하여 구성된다. 상기 거리 측정 센서(32a,32b)로는 사물과의 거리를 비접촉을 측정하는 초음파 센서나 레이저 센서 등이 이용될 수 있으며, 도면에는 상기 거리 측정 센서(32a,32b)가 카메라(31a,31b)와 함께 일체로 구성된 실시예가 ㄷ도시되어 있다. 상기 카메라(31a,31b)와 거리 측정 센서(32a,32b)는 영상의 촬영과 과실(F')까지의 거리를 용이하게 측정할 수 있도록 상기 승강부(21)에 의해 상하로 승강되는 부분의 특정 위치에 고정되는데, 도면에는 상기 카메라(31a,32b)와 거리 측정 센서(32a,32b)가 용이하게 영상을 촬영하고 거리를 측정할 수 있을 뿐만 아니라 촬영된 영상과 거리로부터 연산 수단(33)에서의 연산이 용이하게 이루어지도록 상기 채취기(40)의 아암(42)의 양단부(42a,42b) 각각의 상부 위치에 고정된 실시예가 도시되어 있다.

상기 과실 인식 수단(30)은 아직 성숙되지 않아 채취가 불필요한 과실(F)로부터 수확이 가능한 과실(F')을 분리하여 인식할 수 있도록 구성된다. 예를 들면, 과실이 성숙되면 색상이 달라지는 사과나 파프리카 등과 같이 미성숙된 과실(F)과 성숙된 과실(F')의 색상이 다른 경우에는 상기 과실 인식 수단(30)은 상기 카메라(31a,31b)에 의해 촬영된 영상 이미지(I)로부터 상기 연산 수단(33)은 색상을 인식하고 그로부터 성숙된 과실(F')를 미성숙된 과실(F)과 분리하여 인식한다.

또한, 상기 과실 인식 수단(30)은 성숙되어 채취가 가능한 과실(F')로 인식된 그 과실(F')의 위치를 산출하도록 구성된다. 즉 과실 인식 수단(30)은 상기 카메라(31a,31b)에 의해 촬영된 영상 이미지(I)로부터 산출된 채취가 가능한 과실(F')에 대한 위치 평면상의 좌표(X,Z)와 상기 거리 측정 센서(32)에 의해 측정된 거리(Y)을 이용하여 채취할 과일(F')의 3차원적인 위치 좌표(x,y,z)를 산출할 수 있게 된다. 도 5는 아암(42)의 우측 단부(42b)의 상부에 배치된 카메라(31b) 및 거리 측정 센서(32b)에 의해 채취할 과일(F')의 3차원적인 위치 좌표(x,y,z)를 산출하는 상태를 개념적으로 도시한 것이다.

상기 제어 수단(60)은 상기 과실 인식 수단(30)에 의해 산출된 위치 좌표(x,y,z)를 이용하여 상기 주행 구동 수단(13)의 작동을 제어하여 과실 수확 장치(1)의 채취기(40)를 x-방향, 즉 통로(A)의 길이 방향의 필요한 위치로 이동시키고, 상기 승강 구동 수단(22)의 작동을 제어하여 상기 채취기(40)를 z-방향, 즉 높이 방향의 필요한 위치로 이동시키며, 상기 채취기(40)의 신축 구동 수단(43)의 작동을 제어하여 채취기(40)의 그리퍼(44a,44b)를 과실(F')을 파지하여 채취할 수 있는 y-방향, 통로(A)의 폭방향의 필요한 위치로 이동시키게 된다.

상기 채취기(40)는 상기 과실 인식 수단(30)에 의해 채취가 가능한 것으로 인식된 과실(F')을 채취하도록 상기 승강대(20)의 상부에 구비된 구성이다. 도면을 참조하면, 상기 채취기(40)는 지지부(41), 아암(42), 신축 구동 수단(43) 및 그리퍼(44a,44b)가 구비되어 구성된다.

상기 지지부(41)는 상기 아암(42) 및 신축 구동 수단(43)이 지지되기 위한 구성으로, 상기 승강대(20)의 승강부(21)의 후방의 위치에 결합된 구조물로서 상방으로 일정 높이까지 연장되게 형성된다.

상기 아암(42)은 양단부(42a,42b) 각각의 선단에 장착된 그리퍼(44a,44b)를 채취하고자 하는 과실(F')이 있는 위치로 접근시키고, 과실(F')을 파지한 그리퍼(44a,44b)를 상기 적재부(50)의 상부 위치로 이동시키기 위한 구성이다. 이를 위해서 상기 아암(42)은 상기 지지부(41)에 지지되어 양단부(42a,42b)가 상기 승강대(20)의 양측 방향으로 신축되게 구성된다.

본 발명은 통로(A)의 양측 각각에 매달린 과실(F,F')로 그리퍼(44a,44b)를 접근시키기 위하여 상기 아암(42)의 양측 단부(42a,42b) 각각이 신축되는데, 도면을 참조하면 상기 아암(42)은 양측 단부(42a,42b) 각각이 상기 승강대(20)의 양측 방향으로 연장된 상태에서 폭방향으로 왕복이동이 가능하게 상기 지지부(41)에 지지되고, 상기 신축 구동 수단(43)은 상기 아암(42)의 일측 단부(42a)가 일측 방향으로 신장되면서 타측 단부(42b)의 길이는 타측 방향에서 축소되게 상기 아암(42)을 왕복 이동시킨다. 즉, 본 발명의 일실시예에 따른 과실 수확 장치(1)는 과실의 채취를 위해 일측 단부(42a)의 선단에 구비된 그리퍼(44a)가 과실로 접근되도록 일측 단부(42a)가 신장됨과 동시에 채취된 과실을 적재부(50)로 투척하기 위해 타측 단부(42b)의 선단에 구비된 그리퍼(44b)가 적재부(50)의 상부로 이동되도록 타측 단부(42b)가 축소되게 상기와 같은 아암(42)의 신축이 이루어진다. 이를 위해서 상기 채취기의 아암(42)은 도면에 도시된 바와 같이 양측 단부(42a,42b)가 일체가 되게 구성되어 그 아암(42)의 왕복 이동으로 일측 단부(42a)의 신장과 동시에 타측 단부(42b)는 축소되고, 반대로 일측 단부(42a)의 축소와 동시에 타측 단부(42b)는 신장되게 구성된다. 그러나, 도면에 도시된 바와 달리 상기 아암(42)은 상기 지지부(41)의 양측 방향으로 연장된 양단부(42a,42b)가 서로 분리되고, 양측 단부(42a,42b)가 독립적으로 신축되게 구성될 수 있으며, 이 경우 양측 단부(42a,42b)중 하나는 신장되고 다른 하나는 축소되게 적절한 동기화된 제어가 요구된다.

상기 신축 구동 수단(43)은 상기 아암을 신축 구동하기 위한 구성이다. 상술한 바와 같이 도면에는 상기 아암(42)이 양단부(42a,42b)가 일체로 구성되고, 상기 신축 구동 수단(43)이 그 아암(42)을 왕복으로 이동시킴으로서 아암(42)의 양단부(42a,42b)가 신축되도록 구성되는데, 이러한 아암(42)의 왕복 이동을 위한 신축 구동 수단(43)은 로드가 아암의 역할을 하는 양로드 실린더나 스크류(또는 피니언 기어)가 형성된 잭 앤 스크류(또는 랙 앤 피니언)과 구동 모터로 구성될 수 있다. 양로드 실린더의 경우 작동 속도가 빨라 작업 속도를 증가시킬 수 있으며, 잭 앤 스크류(Jack and screw)나 랙 앤 피니언(Rack and pinion)은 위치 제어가 용이하므로 상기 신축 구동 수단(43)은 필요에 따라 적절한 방식을 채택하여 구성되는 것이 바람직하다.

상기 그리퍼(44a,44b)는 채취가 가능한 과실(F')의 채취를 위해 그 과실(F')을 파지하고, 채취된 과실을 적재부(50)로 투척하기 위하여 파지된 과실(F')을 놓기 위한 구성이다. 도면에는 상기 그리퍼(44a,44b)가 과실(F')의 외면을 감싸 쥐는 복수의 핑거(441)로 구성된 실시예를 도시한 것이며, 상기 핑거(441)는 핑거 구동 수단(도면에 미도시)에 의해 오므려지고 펴지면서 과실(F')를 파지하거나 놓게 된다. 한편, 상기 그리퍼(44a,44b)에는 과실(F')의 채취를 위해서 과실(F')을 파지하면서 줄기를 잘라내는 커팅 수단(도면에 미도시)가 구비되는 것이 바람직하다.

상기 적재부(50)는 상기 채취기(40)에 의해 채취된 과실(F')이 투입되어 적재되도록 상기 승강대(20)의 상부에 구비된 구성으로, 도면을 참조하면 적재 박스(51)와 슈트(52)가 구비되어 구성된다.

상기 적재 박스(51)는 내부에 투입된 과실(F')이 담기기 위한 용기로서, 상기 승강대(20)의 폭방향의 중앙의 위치에서 상기 승강대(20)의 승강부(21) 상부에 놓이는 구성이다. 상기 적재 박스(51)는 내부에 과실(F')이 모두 채워지면 상기 승강부(21)로부터 하차되고, 새로운 적재 박스가 상기 승강부(21)의 상부로 투입되게 된다.

상기 슈트(52)는 상기 채취기(40)에서 투척된 과실(F')을 상기 적재 박스(51)의 내부로 유도하기 위한 구성이다. 도면을 참조하면, 상기 슈트(52)는 상기 적재 박스(51)의 양측 각각에 위치되어 상기 적재 박스(51)의 내부 방향으로 경사지게 상기 승강대(20)의 승강부(21) 상부에 구비된다. 상기 채취기(40)에 의해 채취된 과실(F')은 상기 슈트(52)의 상부로 투척되어 그 상면을 타고 슬라이딩되어 상기 적재 박스(51) 내부로 투입된다.

상기 제어 수단(60)은 본 발명에 따른 과실 수확 로봇 장치(1)의 다른 구성의 작동을 제어하기 위한 구성이다. 즉 상기 제어 수단(50)은 상기 대차(10)의 주행을 위해 주행 구동 수단(13)의 작동을 제어하고, 상기 승강대(20)의 승강을 위해 승강 구동 수단(22)의 작동을 제어하며, 상기 과실 인식 수단(30)의 작동을 제어하고, 상기 과실 인식 수단(30)에 의해 인식된 과실(F')의 위치에 따라 인식된 과실을 채취하고 채취된 과실을 상기 적재부(50)로 투입하도록 상기 채취기(40)의 신축 구동 수단(43) 및 핑거 구동 수단(도면에 미도시)의 작동을 제어한다.

특히, 본 발명은 상기 제어 수단(60)에 의한 다른 구성의 제어가 과실의 채취와 적재하는 작업 시간을 줄일 수 있도록 이루어지는 것을 특징으로 한다. 이를 위해서 본 발명에 따른 과실 수확 로봇 장치(1)는 상기 채취기(40)에 의해 통로(A)의 일측에 위치된 과실(F1')의 채취가 이루어지는 동안 통로(A)의 타측에서 채취된 과실(F')이 적재부(50)로 투입되고, 뿐만 아니라 상기 채취기(40)에 의해 통로(A)의 일측에 위치된 과실(F1')의 채취가 이루어지는 동안 통로(A)의 타측에 위치된 과실 중에서 상기 과실 인식 수단(30)에 의해 채취가 가능한 과실(F2')의 인식과 위치 산출이 이루어지도록 구성된 것을 특징으로 한다. 즉 상기 제어 수단(60)은 일측 그리퍼(44a)가 과실(F1')을 파지하여 채취하는 동안 타측 그리퍼(44b)는 채취된 과실(F')을 상기 적재부(50)로 투입하도록 상기 채취기(40)의 작동을 제어한다. 뿐만 아니라 상기 제어 수단(60)은 일측 그리퍼(44a)가 과실(F1')을 파지하여 채취하는 동안 상기 과실 인식 수단(30)이 타측 그리퍼(44b)가 채취할 새로운 과실(F2')을 인식하고 위치를 산출하도록 상기 아암(42)의 타측 단부(42b)에 부착된 상기 과실 인식 수단(30)의 카메라(31b) 및 거리 측정 센서(32b)의 작동을 제어하는 것을 특징으로 한다.

이러한 특징을 본 발명의 일실시예에 따른 과실 수확 로봇 장치(1)의 작업 과정을 개념적으로 도시한 도 6a 및 도 6b를 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

우선 일단계에서는 도 6a에 도시된 바와 같이 통로(A)의 일측에 위치된 과실(F1')의 산출된 위치에 따라 일측 그리퍼(44a)가 아암(42)의 일측 단부(42a)의 신장으로 통로(A)의 일측에 위치된 과실(F1')로 접근하여 그 과실을 채취함과 동시에 상기 아암(42)의 타측 단부(42b)가 축소되면서 그 타측 단부(42b)의 선단에 구비된 타측 그리퍼(44b)는 적재부(50)의 상부로 이동되게 되고, 그 상태에서 통로(A)의 타측에 위치되어 상기 타측 그리퍼(44b)에 의해 채취된 과실(F')을 상기 타측 그리퍼(44b)가 놓으면 그 과실(F')은 적재부(50)로 투척되게 된다. 또한 동시에 상기 과실 인식 수단(30)은 타측 그리퍼(44b)에 의해 다음 순서로 채취할 과실(F2')을 인식하고 위치를 산출하는 작업을 동시에 수행한다.

다음으로 이단계에서는 도 6b에 도시된 바와 같이 상기 제어 수단(60)은 대차(10), 승강대(20) 및 채취기(40)의 작동을 제어하여 상기 채취기(40)의 타측 그리퍼(44b)를 x,y,z 방향으로 이동시켜 전 단계에서 상기 과실 인식 수단(30)에 의해 채취가 가능한 것으로 인식되어 위치가 산출된 과실(F2')로 접근시키고, 그 과실(F2')을 채취하게 된다. 이때 전 단계와 마찬가지로 타측 그리퍼(44b)가 아암(42)의 타측 단부(42b)의 신장으로 통로(A)의 타측에 위치된 과실(F2')로 접근하여 그 과실을 채취함과 동시에 상기 아암(42)의 일측 단부(42a)가 축소되면서 그 일측 단부(42a)의 선단에 구비된 일측 그리퍼(44a)는 적재부(50)의 상부로 이동되게 되고, 그 상태에서 통로(A)의 일측에 위치되어 전단계에서 상기 일측 그리퍼(44a)에 의해 채취된 과실(F1')을 상기 일측 그리퍼(44a)가 놓으면 그 과실(F')은 적재부(50)로 투척되게 된다. 또한 동시에 상기 과실 인식 수단(30)은 일측 그리퍼(44a)에 의해 다음 순서로 채취할 과실을 인식하는 작업을 동시에 수행한다.

상기와 같은 일단계와 이단계를 번갈아 수행함으로써 본 발명에 따른 과실 수확 로봇 장치(1)는 과실의 인식과 채취하는 작업 시간을 줄일 수 있게 된다.

앞에서 설명되고 도면에 도시된 과실 수확 로봇 장치는 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 보호범위는 이하의 특허청구범위에 기재된 사항에 의해서만 정하여지며, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 개량 및 변경된 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속한다고 할 것이다.

F,F' 과실
A 통로
R 대차 레일
1 과실 수확 로봇 장치
10 대차
11 차체부
12 바퀴
13 주행 구동 수단
20 승강대
21 승강부
22 승강 구동 수단
23 커버
30 과실 인식 수단
31a,31b 카메라
32a,32b 거리 측정 센서
33 연산 수단
40 채취기
41 지지부
42 아암
42a,42b 단부
43 신축 구동 수단
44a,44b 그리퍼
441 핑거
50 적재부
51 적재 박스
52 슈트
60 제어 수단

Claims (5)

1. 통로의 양측에 매달린 과실을 채취하여 수확하기 위한 과실 수확 로봇 장치에 있어서,
   통로를 따라 주행하는 대차와,
   상기 대차의 상부에 놓여 상하로 승강되는 승강대와,
   통로의 양측에 매달린 과실을 인식하고 인식된 과실의 위치를 산출하도록 구비된 과실 인식 수단과,
   상기 과실 인식 수단에 의해 인식된 과실을 채취하도록 상기 승강대의 상부에 구비된 채취기와,
   상기 채취기에 의해 채취된 과실이 투입되어 적재되도록 상기 승강대의 상부에 구비된 적재부와,
   상기 대차의 주행을 제어하고, 상기 승강대의 승강을 제어하며, 상기 과실 인식 수단의 작동을 제어하고, 상기 과실 인식 수단에 의해 인식된 과실의 위치에 따라 인식된 과실을 채취하도록 상기 채취기의 작동을 제어하며, 상기 채취기에 의해 채취된 과실을 상기 적재부로 투입하도록 상기 채취기를 제어하는 제어 수단이 구비된 것을 특징으로 하는 과실 수확 로봇 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 채취기는, 상기 승강대의 상부에 결합된 지지부와, 상기 지지부에 지지되어 상기 승강대의 양측 방향으로 신축되는 아암과, 상기 아암을 신축 구동하기 위한 신축 구동 수단와, 과실을 파지하고 파지한 과실을 놓도록 상기 아암의 양측 선단 각각에 구비된 그리퍼가 구비되어 구성되고,
   상기 제어 수단은, 일측 그리퍼가 과실을 파지하여 채취하는 동안 타측 그리퍼는 채취된 과실을 상기 적재부로 투입하도록 상기 채취기의 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는 과실 수확 로봇 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제어 수단은, 일측 그리퍼가 과실을 파지하여 채취하는 동안 상기 과실 인식 수단이 타측 그리퍼가 채취할 과실을 인식하고 위치를 산출하도록 상기 과실 인식 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 과실 수확 로봇 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 채취기의 아암은, 양측 단부 각각이 상기 승강대의 양측 방향으로 연장된 상태에서 폭방향으로 왕복이동이 가능하게 상기 지지부에 지지되고,
   상기 신축 구동 수단는 상기 아암의 일측 단부가 일측 방향으로 신장되면서 타측 단부의 길이는 타측 방향에서 축소되게 상기 아암을 왕복 이동시키는 것을 특징으로 하는 과실 수확 로복 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 적재부는, 상기 승강대의 폭방향의 중앙의 위치에서 상기 승강대의 상부에 놓인 적재 박스와, 상기 적재 박스의 양측 각각에 위치되어 상기 적재 박스의 내부 방향으로 경사지게 상기 승강대의 상부에 구비된 슈트가 구비되어 구성되고,
   상기 채취기에 의해 채취된 과실은 상기 슈트의 상부로 투척되어 슬라이딩되어 상기 적재 박스 내부로 투입되는 것을 특징으로 하는 과실 수확 로봇 장치.

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